牛顿法求方程的根的优缺点【牛顿法求方程的根论文】

您的位置：制图网首页 -> 新闻动态 -> 牛顿法求方程的根的优缺点【牛顿法求方程的根论文】

牛顿法求方程的根的优缺点【牛顿法求方程的根论文】

2023/1/31 来自于：制图网点击：84

方程（equation）在数学之中有着很高的地位，我们常见的有一次、二次和三次方程等等，并且我们还能通过部分方程的求根公式来进行求解方程的根。本文主要针对的是一般性的一元 n 次复系数方程，即是满足下图的方程：

那么由高斯定理可知，满足上式该 n 次系数方程的根就有且仅有 n 个。注意：根据伽罗瓦群理论，五次及五次以上方程没有求根公式，即不能以代数数的形式写出方程的根，但是不是说这种方程没有解，使用超越函数（如三角函数、对数函数等）还是可以表示该方程的解。但是有的时候我们求解某些方程过于繁琐，且存在约束条件的情况下并不需要完全求解方程，而且若是含有超越数（如圆周率 π、自然常数 e 等）的方程，求解过程也会略显困难。因此人们想要另辟蹊径，想要找寻其他高效的方式来求解方程，在此期间涌现出了大量的求解方法如：二分法、不动点迭代等。本文主要介绍另一种优化的不动点迭代法——牛顿迭代法（Newton-Iterative-Method）。

牛顿迭代法也称为牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)迭代法，它不仅适用于方程或方程组的求解，还常用于微分方程和积分方程求解，可见它的重要性。其方法基本原理如下：

设 f(x) ∈ C² [m，n]，对 f(x) 在 x₀ ∈ [m，n] 领域内对其进行泰勒展开，得如下结果：

舍去二次项，得到 f(x) 的线性近似式：

这也是关于 x₀ 这一点的切线方程，由此得到方程 f(x) = 0 的近似解：

即可得出关于 x 的迭代格式：

在此给出关于牛顿法的几何意义：牛顿迭代法也称为牛顿切线法，这是由于 f(x) 的线性化近似函数是曲线 y ＝ f(x) 过点（x₀，f(x₀)）的切线而得名的，将该零点代之 f(x) 的近似方程以求的零点，即切线 T 与 X 轴交点的横坐标，真实的根值为 X* ，牛顿迭代法实质上是一种线性化方法，其基本思想是将非线性方程逐步归结为某种线性方程来求解。